如图 1在体内,传感器可以连接,和数据可以收集;这些数据可以发送到服务器端和监控从外面,这样它就可以被用于多种应用,如紧急情况下,远程医疗和练习( 1, 2]。

然而,由于传感器必须在人体范围内,有一个缺点,安装设备的大小是有限的,并且由于传感器在带着它的用户的状态,电池的消费需要最小化( 3]。传感器用于身体区域网络通常需要的数据率的顺序几kb / s到几Mb / s(身体温度传感器、心电图(ECG)、脑电图(EEG)和肌电图(EMG))。因此,将每个信号在无线环境中,应该使用足够的通信协议的带宽,和有很多协议满足这个(如无线个域网、蓝牙智能和ANT +)。

体内区域网络、传感器连接到身体的各个部分,收集生物特征数据并提供网关。信号发送到网关可以连接到一个外部监测和报警系统实时确定病人的现状。在这项研究中,提出了一个系统的设备连接到一个人体形成一个集群;另一个设备作为网关,接收数据从集群和交付到外面。

用于身体的无线区域网络的通信协议可以是冲突检测的载波监听多路访问(CSMA / CD)方法或时分多址(TDMA)方法。表 1比较了交通水平和同步协议的属性。

CSMA / CD是一种识别方法的部分可能发生碰撞检测载波。可以检测到通信的使用,这样可以避免碰撞不同尝试沟通,从而促进multicommunication环境的配置构成一体的区域网络。作为代表MAC协议使用CSMA / CD的方法,使用蓝牙智能和无线个域网,和区域网络研究机构也积极表现 4, 5]。

然而,而不是直接提供数据,需要存储的数据被发送到队列,发送的时候沟通是可能的。因此,如果经常发生连接,数据可能不是传播所需的时间,并可能发生拥堵。因为每个发送者需要执行一个单独的任务同步接收方发送队列数据,需要很多努力在同步 4]。

TDMA方案是使用频带的方法没有造成碰撞,因为多数的用户同时使用频带。TDMA方案,使用频带只有一个预定的用户在一个特定的时期,从而避免用户间的碰撞。因此,它是有利的对周期信号的传输和传输不推迟。它是有利与CSMA / CD相比,当数据传输连接到一个多元化的问题。由于这些优势,许多研究已经进行的身体区域网络使用TDMA ( 3, 6- - - - - - 10]。然而,如果使用多个槽相互毗邻,传输时间不准确,有可能造成碰撞与另一个槽的一个信号。因此,需要足够大的信号之间的槽。

在这项研究中,每个可穿戴设备形成一个集群读取用户的生物特征数据和实时传输到服务器设备,这样可以同步数据。通过形成一个集群之间的自动设备的用户不需要单独发行命令,用户可以减少操纵设备的麻烦,获得生物,这样方便实现信号的同时进行综合分析。

图 2说明我们想要的类型的服务提供。用户戴上的每个可穿戴设备相关部分的身体。以来的数据类型可以测量因区域而异,设备磨损,用户可以穿其他身体部位的设备根据测量的目的。

可穿戴设备接收同步信号传输由中央设备定期和认识到外围设备发送一条确认消息。区分彼此的设备,每个设备传输自己的设备ID和被分配一个地址值。然后,创建组织的设备开始测量的测量开始中央信号装置。创建一个通道为每个biosignal, biosignal是通过相应的渠道传播。

在这种情况下,因为每个biosignal的传输时间是不同的,中央设备首先从设备接收biosignal,将其存储在缓冲区,然后确定通道的数据被存储在每个循环调度程序。分离数据转移到一个单独的分析模块和存储在SD卡或与外部服务器传输数据每一辆自行车。佩戴者可以被监视的状态交付数据实时从外面。

构建人体区域网络使用在这项研究中,每个设备必须满足下列条件( 4]。

首先,它很容易使用。如果用户操作所有的设备,可穿戴设备的优点是携带方便,这并不重要,如果设备不能使用。因此,所有设备应可操作的通过操纵集群的核心设备。

第二个优点是,它可以实时操作。从每个设备接收到的数据通过网关不可避免的延迟,立即转移。在这种情况下,当数据被发送一些时间在每个设备数据积累之后,整个延迟变得大,不适合的情况下用户的紧急状态必须立即检查。因此,有必要获得每个数据包的数据并将其发送到中央设备立即。

下一个是通信的稳定性。如果每个设备的通信是不正确执行由于碰撞或其他因素,不正确的数据将被收集,,如果分析,可能会得到错误的结果。因此,应该执行的沟通方式在任何情况下稳定。

最后,系统应该是安全的。以来的所有数据通过人体网络个人敏感信息,需要维护的安全学习过程,测量数据,加密它,传播它的其他设备。

每个穿装置在生物数据收集和交付过程中发挥作用。从图 3,用户可以单独检查生物特征数据,阅读用户界面。生物统计数据可以收集不管组织形成。在这种情况下,由于同步与其他设备并不是必须的,可以测量基于当地时间。

之后,它与中心通信设备与外部设备在一个组织,形成集群,存储的数据传送。自设备的生物特征数据的信道信息是预定义的,这些设备可以根据信道信息和形成一个通道传输数据中心设备的要求。在这种情况下,每个组织都有一个不同的网络价值为了防止混乱与外部组织,从而防止碰撞与外部组织。

图 4显示集群的核心设备和设备彼此连接根据同步信号接收和管理数据。自执行的沟通是TDMA法,在设备的信号传输时间下降时,有可能发生碰撞的情况下,一个信号从其他设备失败。因此,防止碰撞信号,中央设备定期传输设备之间的同步信号,防止碰撞,防止碰撞时添加一个新设备。然后,根据中央设备的要求,设备形成一个通道传输biosignal到相应的通道。在这种情况下,自中心设备不同时期的生物,一个任务管理安排单独设置,和收到的时间数据基于各自的同步信号接收生物前确认。从每个设备接收信号后,调度器确认时间和存储数据的时间。如果没有在预定时间数据,确定损失发生在传输过程,分别标记。

之后,与外部通信网关或有线通信与分析模块进行传输数据,从而使数据存储、监控、或数据分析。

图 5显示了软件结构的可穿戴设备进行实现。软件的可穿戴设备包括一个主要事件任务处理整个事件,用户界面任务来显示当前设备的状态,一个传感任务执行信号测量和过程与传感器、通信和有一个通信管理任务来管理时段。

主要事件任务过程中的各种事件发生装置,处理UI的状态变化,传感任务的开始和结束,按钮单击事件。

沟通管理任务从中央设备接受一个连接请求并生成一个通道传输biosignal。它还接收来自传感任务特定的生物特征数据,并将其中央设备。

掐间组织的生成是基于中央设备的同步信号。中央设备周期性地发送信号的同步通道。

图 6是集群生成的序列图。设备接收到的信号可以分为两种情况,一个有,一个没有分配地址。如果没有指定地址,一个地址分配请求消息传输到中央设备分配一个新地址。中央设备接收消息,检查空地址和传输设备的价值分配地址。在这之后,该设备可以发送一条消息到相应的地址。地址分配的设备传输响应消息同步信号与一个独特的设备地址。

这时,设备的惟一ID和序列的同步消息存储和发送响应消息。中央设备接收收到的消息,并检查消息的地址和惟一的ID存储在消息。如果ID是不包括在组织,中央设备存储惟一的ID设备信息的地址。通过以这种方式存储设备信息,当设备发出数据请求在稍后的时间,设备可以区分可测量的生物信号,请求。

很多情况下可能涉及组织的释放,如图 7。第一个是由胎儿断头中央信号装置释放。如组织创建,中央设备可以组织发布命令通过同步信号设备注册。在接收解密命令,该设备发送一个响应消息,关闭连接的通道,并删除注册信息。中央设备接收响应,发布登记相应的设备。

第二个是一个unresponded因距离或者电池短缺。可穿戴设备channel-specific看门狗定时器。如图 8,当看门狗定时器重置通过接收中央设备的同步消息和N消息数,它是与中央设备应确定连接断开没有接收同步信号,和通道连接到中央设备初始化,减少不必要的电能消耗。

在TDMA,分配一个频道一个时间槽,如图 9。通道的数量可以连接在同一时间根据不同时段的大小根据同步信号。当一个周期时间T的长度和时间槽的长度 t_slot,作为同步信号通道一直占有一个位置,这个号码 n_channel接入的渠道可以表示如下: (1) n 通道 = T t 年代 l o t - - - - - - 1 n 通道 : 数量的渠道 t 槽 : 时隙的长度 T : 一个周期的长度 图 10显示了传输数据的过程在一个预定的位置根据中央设备的同步信号。中央设备传输同步信号中的每个设备的第一个槽。设备接收同步信号存储当前数据的序列信息根据这个信号,传输消息,包括生物特征数据和序列号,中央设备。为每个设备执行这个过程,因此,每个设备的数据可以获得无碰撞在一个周期。

这时,同步信号周期相同的周期信号传输。这是区分基于同步信号在一个周期信号,并防止在TDMA通信碰撞。 (2) T 主 = T 米 我 n T 主 : 同步信号周期中心的设备 T 米 我 n : 最短的周期信号

在表 2的包结构同步配置信息。首先,消息发送到可穿戴设备由中央设备分为三个types-synchronization,组织创建、释放和组织。同步消息用于外部同步和设备信息的请求。同步消息包含一个地址值的设备发送消息(一个地址是空白发送通知消息时所有设备)和订单价值。

组织的创建和发布消息是消息发送到集群识别可穿戴设备命令。当发送这个消息,以下信息传播从每个可穿戴设备获取特定的生物特征数据。 (我)

生物数据类型:由于数据率或时期所需的生物特征数据来衡量不同,有必要提前定义生物识别数据类型,这样中央设备和可穿戴设备可以直接传送生物特征数据,因此信道信息可以与中心设备。

相反,当可穿戴设备发送一条响应消息到中央设备,响应消息可以响应同步信息,积极响应组织的创建和发布命令,或者消极反应。

当一个响应同步消息发送,还包括以下信息: (我)

生物识别数据类型:生物特征数据,可以根据设备的类型和被测量的部分穿是有区别的,这信息是包含在响应中。

根据中央设备的同步信号,每个设备生成一个通道和设备之间建立一个连接。图 11展示了中央之间的通道一代设备和可穿戴设备集群中。

首先,中央设备周期性地发送一个同步信号的可穿戴设备状态同步通道是开放的,从而证实了连接状态和传输/接收信号。如果需要一个连接,中央设备传输请求的地址可穿戴设备请求通道创建根据同步。接到消息,可穿戴设备确认请求biosignal类型、网络价值,在信号和设备数量,并生成一个通道对应的请求。如果成功,响应中央传输设备。如果通道创建失败的请求,该频道创建失败消息也传播到中央设备。中央设备检查收到的响应可穿戴设备,当通道成功创建,中央设备接收到的数据可穿戴设备通过连接相应的通道。

可穿戴设备接收用户的生物特征数据通过传感器设备在预定的时期。由于接收的数据是存储在缓冲区每个TDMA周期的数据传输,不需要单独队列的数据。

图 12显示了反射的过程之间的消息交换过程和调度中心设备和可穿戴设备在一个序列图。当设备连接到可穿戴设备中心,该中心设备寄存器的循环中相应的biosignal时间表。然后,任务同步信号传输的通信设备集群中。计划任务之间的信号到达商店这个信号和第二同步信号在一个周期。可穿戴设备读取和存储佩戴者的生命体征,并将消息传送给中央设备在每一个周期。

在图 13,实现平台显示如下。photoplethysmogram (PPG)模块和加速度传感器连接到每个可穿戴设备biosignal和加速度数据的读取和存储,和数据传输到中央设备通过射频收发器。可穿戴设备的状态可以由LCD,确认按钮操作时使用的是必需的。

中央设备配备一个氧饱和度模块和可以测量中心的生物医学信号设备。可穿戴设备的测量数据和数据收集,和生物医学信号数据数组创建并存储在SD卡或向外传播。此外,按钮是用来检查集群的创建和销毁。

可穿戴设备和装置都配置中心,如图 14。可穿戴设备被实现为一个腕带,可戴在用户的手腕。分模块连接在带测量PPG信号,并从分模块和接收数据传输到中央设备。中央设备接收的数据可穿戴设备同时连接到PC使用nRF52开发工具包。

提出的可穿戴式医疗设备由两部分组成。微控制器单元(MCU)的主设备CortexM4-based nRF52832芯片(频率:64 MHz,工作电压3.3 V)。传感器设备EFM32WG990F256芯片(频率:48 MHz)。如图 15,功耗平均76 uA的空闲状态和最小295 uA最大52马(马平均12)传感和流媒体通信状态。

在这项研究中,蚂蚁协议是用于实现无线TDMA通信。蚂蚁是一种通信协议主要用于医疗保健的目的。蚂蚁具有实现简单、低功耗。它还在TDMA和在不到100米的范围内使用,类似于祝福。其数据率12.8 kbits / s广播和承认消息和60 kbits / s破裂模式。

表 3显示主要的无线协议的性能比较。

与蓝牙智能和无线个域网相比,蚂蚁通信传输速度12.8 kbits /年代数据广播/应答消息,利率略低于其他沟通。然而,由于节点的配置是免费的,很容易形成掐间集群,以及在系统中使用的情况下,定期从设备接收数据,所以数据传输也需要定期执行。因为蓝牙智能和ZigBee CSMA / CD类型在这方面,使用ANT沟通,因为有一个缺点,很难保证周期性当几个设备在短时间内传输信号。

PPG信号用于可穿戴设备验证。PPG信号是一个信号,表明血管的血容量的变化由于心跳通过返回光利用吸收的原理,反射,散射发光血管。因为根据心跳信号形式在测量显然透露,和数据测量周期短、表所示 4,很容易实现拥挤的交流环境,和PPG信号测量。PPG信号测量每隔10 ms和发送每隔40毫秒。一块数据有3个字节的大小。

测量环境构造如图 16。

首先,用户戴手腕上的可穿戴设备。模块的可穿戴设备,分红外传感器连接到手指,从连接分和PPG信号测量传感器和传输到中央设备。如果正常执行同步,每个可穿戴设备同时措施分实时信号,这样信号的增加和减少将是相似的。

在ANT协议环境中,两个渠道需要为每个PPG信号传输分渠道足够的性能评估。在蚂蚁协议,因为八频道可在一个设备,三个可穿戴设备相连,以使用通道的最大数量。因此,有六个蚂蚁频道。相比之下,蓝牙协议还将三个外围设备连接到中央设备。

绩效评估方法如下。测量开始根据中央信号装置,当每一个设备连接。此时,中央设备确认信号和消息顺序值从各自的可穿戴设备发送和确认沟通对于每个同步阶段执行。收到数据后可穿戴设备大约五分钟,它检查多少百分比的传输导致的错误消息。此外,它证实了怎样的秩序价值蓝牙智能协议和ANT沟通改变第一个相比,基于一个可穿戴设备,确认正确同步进行。

数据 17和 18显示图表显示PPG信号收到每个可穿戴设备使用蓝牙智能和ANT协议,分别。数据显示,心跳信号(蓝色)和PPG信号(红色、绿色)的两个手腕。图 17表明,同步不匹配的时候,即使信号测量在同一时间。信号的两个手腕有一个心脏信号和25 ~ 35毫秒的延迟时间。另一方面,ANT +,这是一个TDMA法,它可以确认执行的同步是每40 ms,生成的信号。图 18显示订单价值随时间变化的参考信号分收到信号时蓝牙智能。

如图 19当使用蓝牙智能协议,订单价值的差异随时间增加。随着设备数量的增加,累积延迟时间随着时间的推移积累增加。在三个设备的情况下,我们可以看到,延迟是6.108毫秒/秒。另一方面,当蚂蚁使用协议,它可以确认没有累积信号延迟由于排队。

PPG信号传播时每40 ms 5分钟,出错率是3.26%,蚂蚁在蓝牙智能通信和1.74%。拟议的TDMA法有一个相对较小的错误率差异与CSMA /制作基于蓝牙通信。